[방향족 화합물] 최종 생성물만 알려줄 때 초기 반응물을 예측하는 문제 (2017학년도 5번 풀이)

문제

 

초기 반응물을 알려주지 않고 시약만 알려준 뒤 중간 생성물의 분자식과 최종 생성물만 알려주는 위와 같은 문제를 풀이해봅시다.

 

+ 화질이 깨져서 이미지를 두 개로 분리하여 업로드 하였습니다. 아래에 보기가 있습니다.

 

 

풀이

우선 이러한 유형의 문제들은 몇 번 풀어본 결과 절대로 분자식이 주어졌다고 해서 여러 경우의 수들을 고려하여 그려보려고 하면 안됩니다. 대략 3분안에 풀어야 하는 문제들이기 때문에 경우의 수를 세 가지 이상 따지게 되면 시간이 모두 날아간다고 보면 됩니다. 따라서 배운 상식 안에서 유동적으로 사고하여 답의 후보를 줄여나가야 합니다.

 

우선 답안 보기를 보면 보기 5개 모두 초기 반응물에 해당하는 A에 벤젠고리와 COOH를 포함하고 있습니다. 따라서 이들을 가지고 우선 반응을 진행해봅시다.

 

그러면 카르복실산에 PPA(양성자를 제공하는 산)이 반응하면 양성자가 첨가되고, 이후 벤젠 고리로부터 전자쌍을 제공받아 반응이 일어날 것임을 예상할 수 있습니다. (예상이 쉽게 되지 않더라도 난감해 할 필요 없습니다. 아래에 찍는 법을 따로 정리해 두었으니 참고해주세요.)

 

 

그러면 벤젠 고리와 결합이 생기면서 대략적으로 위와 같은 구조를 가지게 될 것입니다. 물론 나머지 쪽의 구조는 전혀 예상할 수가 없는 상태입니다. 우선은 이쪽 치환기에서만 반응이 일어나기를 바라면서 반응을 일단 계속 진행시켜봅니다.

 

LiAlH4는 수소 음이온을 제공하는 시약입니다. 따라서 케톤이 있을 때 C에 전자쌍을 제공하여 산소 쪽을 음이온으로 만들어 OH를 생성합니다. 따라서 위와 같이 반응이 일어나고 TsOH를 첨가하여 가열시키면 OH가 OTs라는 좋은 leaving group으로 바뀝니다. 이후 가열을 계속해주면 제거 반응이 일어나며 위와 같이 알켄이 형성됩니다.

 

이 정보들만을 바탕으로 답을 고르면 1번이 답임을 알 수 있습니다.

 

이것은 예측을 바탕으로 반응을 진행시킨 것이기 때문에 정말로 정확하게 풀이하기 위해서는 답이 맞는지 보기의 반응물을 가지고 반응을 한 번 더 진행해보아야 합니다. 물론 실제 시험이라면 시간이 없기 때문에 논리적 오류가 없었으므로 1번을 찍고 넘어가야합니다.

 

반응을 검토해보는 이유는 위쪽에 미지의 구조에서 더 반응성이 높은 부분이 있을 수도 있기 때문입니다. 그러면 생성물이 달라지기 때문에 다른 답을 찍어야 합니다. 그러나 1번의 답으로 반응을 시켜보면 반응의 예측에 문제가 없었으며 정상적으로 생성물이 얻어짐을 확인할 수 있습니다.

 

이 방법은 그저 운에 맡기는 방법이지만 그나마 높아보이는 확률로 찍는 방법도 있습니다. 마지막에 시약이 H2, Pd/C였으므로 중간 생성물 D에는 반드시 알켄이 포함되어 있어야 합니다. 여기까지만 해도 찍어서 맞출 확률이 50%로 증가합니다. 아마 대부분의 수험생들은 여기서 A를 찍을 때 더 많은 보기가 일치하는 쪽의 보기를 찍었을 것이기 때문에 아마도 이 문제의 정답률이 높지 않았나 싶습니다.